RTK在山区测量中的应用研究.doc

毕 业 设 计 论 文题目：GPS-RTK在山区测量中的研究系 别：测绘与城市空间信息系专 业：测绘工程姓 名：学 号： 指导教师： 2012年5月16河南城建学院毕业设计（论文）摘要摘 要随着计算机技术以及数字测图仪器的不断发展与创新，测绘方法也相应的发生了很大的变化。GPS实时载波相位差分技术（RTK）就是不断发展起来的测绘方法之一，其有着实时、高效、受限小等优势，因此在施工放样、地形碎部测量以及图根控制测量等多个领域均得到了广泛的应用。本文就针对RTK在山区测绘工程中的具体应用展开讨论。本文对单基站CORS系统的建设和应用进行了探讨，表明单基站CORS系统完全可以胜任中小区域中的一般测量工作。其作业的有效范围广，在保证测量精度的前提下，提高了作业效率，降低了劳动强度和生产成本。针对山区常规测量方法耗时、费力、周期长的缺点,在山区放样测量GPS-RTK测量技术对于控制网的布设、联测、解算，施工放样等实际操作有着卓越的优点。关键词：山区测绘工程，常规RTK，网络RTKII河南城建学院毕业设计（论文）AbstractAbstractAlong with the computer technology and digital mapping apparatus for the continuous development and innovation of Surveying and mapping method, corresponding also produced very big change. Real time GPS carrier phase differential technique ( RTK ) is the continuous development of Surveying and mapping method, which has a real-time, efficient, restriction and other advantages, therefore the construction lofting, terrain detail survey and mapping control survey and other fields are widely used. This article aims at the RTK in the mountainous area of Surveying and Mapping Engineering in the specific application to discuss。In this paper, the single base station CORS of system construction and application was discussed, and the show that single base station CORS system completely can be competent medium and small area of the general measurement. The operation of the effective range, in order to ensure the accuracy of measurement premise, improve the working efficiency, reduce labor intensity and the cost of production. According to conventional mountainous area measurement method, time-consuming, arduous period long weakness in the mountainous area moulding survey GPS measurement technology for the GPS-RTK control network layont, united measurement, the solution, construction lofting actual operation has the advantages of excellence.Keyword：A mountainous area of Surveying and Mapping Engineering，convention RTK，network RTK河南城建学院毕业设计（论文） 目 录目 录1 绪论11.1 本论文研究的背景意义11.2 本课题在国内外的发展现状11.3 本课题的研究内容及方法22 RTK的原理42.1 RTK的工作原理42.2 传统RTK测量技术42.3 网络RTK技术62.3.1 基于GPRS技术的单基站系统72.3.2 连续运行参考站系统CORS83 RTK在山区测量中的应用113.1 RTK在山区测量的过程113.2 RTK放样113.2.1 点放样123.2.2 直线放样123.3 山区测量中可能遇到的问题124 山区测量的实例分析144.1 坐标系统的转换144.1.1 七参数转换法154.1.2 四参数转换法164.2 实例分析174.2.1 RTK观测要求174.2.2 测区概况184.2.3 作业过程185 结 论24参考文献25致 谢26.河南城建学院毕业设计（论文） 河南城建学院毕业设计（论文） 第1章 绪论 河南城建学院毕业设计（论文）1 绪论1 绪论1.1 本论文研究的背景意义我国东部煤炭资源渐渐减少，许多大型煤炭企业纷纷在西部各省区寻找可接续资源量。但这些地区多为丘陵和山区，使用传统的测量方法不仅施工周期长，效率低。而且精度误差相对较大尤其是高程误差在高分辩率三维地震勘探中有可能造成小构造的假像，因此采用GPS卫星全球定位技术是十分经济、快速、有效的方法。全球定位系统(Global Positioning System, 简称GPS)的出现使近代测绘技术有了一次革命性进步,特别是实时动态(Real Time Kinematic, 简称RTK)技术的出现彻底地改变了传统的测绘作业模式。GPS RTK以其简单高效的特点被广泛应用于地形图测绘、工程放样、控制测量以及导航等方面, 并得到很快地普及和发展。随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK技术也日益成熟。RTK的出现使得GPS工程应用成为可能，其速度快，成本相对低廉。然而，它对基站无线电信号的依赖，导致有效距离较小，且容易受到地形和建筑物的限制，经常不得不搬站或者设中继站。由此，人们开始使用基于因特网和GPRS技术的GPS固定参考站系统，实现一个基站通过因特网和移动的GPRS网络服务于多个移动站，不仅有效扩大了测量范围，而且提高了设备利用率，易用性，并且为以后建立GPS综合服务网打下基础。为了进一步扩大有效的测量范围，由一个基准站扩充至多个基准站，构成参考站网，而这将过渡到第二代RTK技术网络RTK。本文主要是对RTK测量的介绍与在山区的应用测量以及探讨测量中遇到的问题及解决方案。因为在山区测绘工程中，其地理环境多为高山峡谷或者密集的森林，这些地区对卫星信号有一定的遮挡影响；而且在白天中午的时间段，受到电离层的干扰比较大，共用的卫星数量比较少，因此作业时间方面会受到一定的限制。此时可以选择其它的时间段进行测量，而在该时间段则可以利用其它的光学仪器进行辅助测量。所以，探求出适合山区测量的一种方法是必要的。这就是本文的主要意义。1.2 本课题在国内外的发展现状随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK技术也日益成熟。实时动态（Real Time Kinematic） 测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。RTK的出现使得GPS工程应用成为可能，其速度快，成本相对低廉。然而，它对基站无线电信号的依赖，导致有效距离较小，且容易受到地形和建筑物的限制，经常不得不搬站或者设中继站。由此，人们开始使用基于因特网和GPRS技术的GPS固定参考站系统，实现一个基站通过因特网和移动的GPRS网络服务于多个移动站，不仅有效扩大了测量范围，而且提高了设备利用率，易用性，并且为以后建立GPS综合服务网打下基础。为了进一步扩大有效的测量范围，由一个基准站扩充至多个基准站，构成参考站网，而这将过渡到第二代RTK技术网络RTK。网络RTK技术的出现，标志着高精度实时定位技术的发展进入了一个崭新的阶段。网络RTK技术，将代表着GPS发展的方向。它使一个地区的所有测绘工作成为一个整体，同时，它将大大扩展RTK的作业范围，使GPS的应用更加广泛，精度和可靠性进一步提高。以综合性GPS服务网络的形式加以建设的网络RTK将成为城市最有效的空间数据基础设施之一。1.3 本课题的研究内容及方法本课题主要是对传统RTK测量方法与网络RTK技术的比较。主要介绍内容如下。 常规RTK技术。其技术原理是RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，需要依赖电台及其信号。其基本思想是:在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。这样就可以保证在运动中实时定位，给出达到厘米级精度的该点位置。 CORS技术.是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。24河南城建学院毕业设计（论文）2 RTK的原理2 RTK的原理2.1 RTK的工作原理众所周知，GPS就定位原理而言，可分为：伪距定位、载波相位测量定位和差分GPS定位等。根据待定点的运动状态划分又可以分为静态定位和动态定位，传统的相对定位和绝对定位就属于静态定位，主要采用方法是伪距定位、载波相位测量定位，测定测站绝对或相对位置。而动态定位，则是起码有一台接收机处于运动状态，测定各单元的运动接收机的绝对或相对位置。所谓差分GPS定位是将基准站的观测结果与基准站的已知精确坐标进行比较，计算出基准站到卫星的距离改正数，并将其发送给用户，用户则根据基准站的改正数，进行定位结果改正，从而提高定位精度。RTK是一种精度较高的实时动态定位技术，其以GPS差分技术及通信技术为基础，实质上是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。在测站点指定的坐标系中利用RTK可以实时的提供精确到公分的三维定位结果。通常基准站、流动站以及数据实时传输系统组成一个完整的RTK 测量系统。RTK的基本原理是在基准站设置一台接收机，另外一台或者数据接收机则设置在移动站，然后进行卫星信号的同步采集。当基准站按收到GPS信号进行载波相位测量的过程中，会利用数据链把观测值、卫星跟踪的状态以及测站的坐标等信息向移动站进行传输；而移动站接受到基准站传送过来的信息数据后，将其输入GPS控制器中内的随机数据处理软件中，再与本机所采集到的GPS 观测数据组成差分观测值，对其进行实时的处理，从而获取待测点的实测精度以及坐标和高程等信息。随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK技术也日益成熟。实时动态（Real Time Kinematic）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。RTK的出现使得GPS工程应用成为可能，其速度快，成本相对低廉。下面我们分别介绍传统RTK测量方法与网络RTK测量。2.2 传统RTK测量技术RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本思想是:在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。这样就可以保证在运动中实时定位，给出达到厘米级精度的该点位置。RTK做控制测量的速度快并能实时了解定位精度,因而人们除了高精度的控制测量采用GPS 静态相对定位外, 其它控制测量均采用RTK形式。RTK 测量系统一般由以下三部分组成：GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。RTK测量技术除具有GPS测量的优点外，同时具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，因此可以提高生产效率。当然，也可以通过GSM手机进行数据链传输。差分法RTK的某一卫星任意时刻测站位置方程式表达如下：（2-1）上式中，R为伪距，为用户站接收机起始相位模糊度；为基准站起始相位模糊度；为用户接收机起始历元至观测历元相位整周数；为基准站接收机起始历元至观测历元相位整周数；为用户接收机测量相位的小数部分。为基准站接收机测量相位的小数部分；为同一历元观测各项残差。传统RTK是将一台接收机设置于基准站上，另一台或几台接收机设置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较得到 GPS 差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其 GPS 观测值，从而得到差分改正后的流动站较准确的实时位置。其基本构成如图2.1所示。RTK系统流动站基准站1. 基准站GPS接收机及接受天线2. 数据链电台及发射天线3. 直流电源4. 流动站GPS接收机及接受天线5. 数据链电台及接收天线6. 手簿及相应软件图2.1 传统RTK基本构成图然而传统的RTK存在诸多的不足。 单点定位RTK用户需要临时架设本地的基准站； 定位的误差大小随距离的增加呈非线性变化关系，流动站和参考站距离受到限制定位的可靠性随距离的增加而迅速降低。因此，新的RTK测量技术应运而生，网络RTK的出现就是RTK技术的发展。2.3 网络RTK技术网络RTK又称为多基准站RTK。具体是在一个地区建立多个基准站，并基于这些基准站为覆盖区域内和周边流动站播发原始观测值和观测值改正值。典型的网络RTK技术是虚拟参考站技术(VRS，Virtual Reference Station)，VRS是基于多参考站环境下的GPS实时动态定位技术，与常规RTK不同，在VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯发给网络控制中心。而移动用户通过移动电话，基于GSM、CDMA或者无线Internet（如GPRS和WAP）等网络在与网络控制中心建立双向通讯后，向控制中心发送其概略坐标，控制中心根据用户的这个概略位置，自动选择一组最佳的参考站，根据这组参考站的原始观测数据，整体地改正GPS轨道误差，电离层，对流层和大气折射等误差，生产并向该用户发送RTCM差分信息，这个差分信息的效果相当于在移动站旁边生成一个虚拟的参考基站，实现“区域”RTK定位。这样，用户只需使用具有VRS功能的设备（GPSRTK接收机、手机、导航仪）即可进行可靠的高精度定位（水平精度1cm，高程精度2cm）。但是VRS的缺陷也是很明显的： 采用双向通信，限制了它的同时在线用户数量。 虚拟参考基站随着用户（流动站）的移动（超过一定距离）要重新初始化，并且是不可追踪、不可重复的虚拟的参考基站。 人为的规定了一个参考站站网中参考站的数量，一般情况下为三个。它们是由参考站软件所决定的，用于计算流动站所需要的改正数。此项约束限制了系统采用合适数量的参考站解决占主导地位的大气条件，例如建立大尺度气象活动的模型问题。这种约束也影响到成果的稳定性，并表现出对网络的几何形态及对数据的传输损耗十分敏感。如果三个站中有一个站不能为这个网络提供数据，那么网络软件必须搜索另外一个合适的参考站，并为用户重新安排改正计算。在搜索过程中，没有网络改正数可以提供给流动站用户，影响外业生产的效率。 其播发的数据格式不标准，偏向某一类型的接收机。2.3.1 基于GPRS技术的单基站系统单基站系统由GPS参考站(基站)、数据服务器、网络通信模块和流动站组成。基站包括GPS接收机、天线、避雷针、电源,数据服务器既是控制中心又是数据中心,分托管型和非托管型,托管型服务器由供应商提供和维护,非托管型系统要建立独立的数据服务器,基站与服务器直接相连。单基站网络GPS RTK定位原理与常规GPS RTK系统基本一致，但基准站系统配置及实时数据的通讯方式却不相同。基站GPS主机通过接收机天线接收卫星数据后，利用基站数据处理软件经分析和处理，以固定格式记录广播星历和观测数据文件，按照用户设定的时间间隔自动储存到本地计算机硬盘上，供后处理用户下载使用。控制中心能提供多用户、无间断连接，达到“一站建成、后事无忧”的效果，并可以根据管理的需要，对数据处理中心设置自动开机、关机时间，实现无人看守，维护费用低廉。流动站的GPS接收机在观测卫星的同时，利用移动无线数据终端，通过GPRS网络和因特网登录到具有静态IP地址的参考站服务器，实时获取参考站的差分数据和已知坐标，进行差分相对定位，获得厘米级的坐标和高程。这种思路抛开了以往大投资、综合性、网络化的GPS实时定位系统建设思路，采用I+ N的模式，即在城市中心建一个参考站，可为数量不限的流动站提供连续实时的定位服务，以满足城市规划建设的定位需求。使用移动无线数据终端设备传输差分校正数据，优于常规的无线电台或GSM手机方式，下表对几种传输方式进行了详细比较。传输方式：无线电台；GSM手机；GPRS移动终端。通讯方式：单工或半双工，一对多；双工，不能一对多双工，一对多。覆盖范围：与发射功率有关，距离短，死角多；面积广，盲区少；面积广，盲区较少。数据传输速率：1.2-6.6kb/s；9.6kb/s；高达171.2kb/s。可靠性：低；高；高。 易用性：设备繁琐沉重；简便；简便，耐用。 费用：低；高（数据和电话费）；低（GPRS流量费）。 GPS设备利用率：1+1；1+1；1+N。事实上，上述系统依赖于GPRS网络，在网络信号薄弱区域将影响数据传输甚至不能正常作业。整个系统能支持的流动站的数量，即参考站的数据分发能力和管理效率仍是个待解决的问题。此外，在距离基站20km以上的地区一般初始化速度较慢，定位精度和效率降低，这就需要构建多参考站系统来解决。2.3.2 连续运行参考站系统CORS连续运行参考站系统( Continuous Operational Reference System，简称CORS 系统)可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS 参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网( LAN/WAN) 技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位、伪距，各种改正数、状态信息),以及其他有关GPS服务项目的系统。CORS是随着GPS技术的飞速进步和应用普及，它在城市测量中的作用已越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。随着国家信息化程度的提高及计算机网络和通信技术的飞速发展，电子政务、电子商务、数字城市、数字省区和数字地球的工程化和现实化，需要采集多种实时地理空间数据，因此，中国发展CORS系统的紧迫性和必要性越来越突出。几年来，国内不同行业已经陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，目前，为满足国民经济建设信息化的需要，一大批城市、省区和行业正在筹划建立类似的连续运行网络系统，一个连续运行参考站网络系统的建设高潮正在到来。城市连续运行参考站系统（CORS）是“空间数据基础设施”最为重要的组成部分，可以获取各类空间的位置、时间信息及其相关的动态变化。通过建设若干永久性连续运行的GPS基准站，提供国际通用各式的基准站站点坐标和GPS测量数据，以满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控，矿山测量等多种现代化信息化管理的社会要求。建立CORS的必要性和意义主要体现在以下几个方面： CORS的建立可以大大提高测绘精度、速度与效率，降低测绘劳动强度和成本，省去测量标志保护与修复的费用，节省各项测绘工程实施过程中约30%的控制测量费用。由于城市建设速度加快，对GPS-C、D、E级控制点破坏较大，一般在5-8年需重新布设，至于在路面的图根控制更不用说，一二年就基本没有了，各测绘单位不是花大量的人力重新布设，就是仍以支站方式，这不但保证不了精度，还造成了人力物力财力的大量浪费。随着CORS基站的建设和连续运行，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。所以，可以利用已建成的CORS系统对外开发使用，收取一定的费用，收费标准可以根据各地的投入和实际情况制定，当然这一点上更多的是社会效益。 CORS的建立可以对工程建设进行实时、有效、长期的变形监测，对灾害进行快速预报。CORS项目完成将为城市诸多领域如气象、车船导航定位、物体跟综、公安消防、测绘、GIS应用等提供精度达厘米级的动态实时GPS 定位服务，将极大地加快该城市基础地理信息的建设。 CORS将是城市信息化的重要组成部分并由此建立起城市空间基础设施的三维、动态、地心坐标参考框架，从而从实时的空间位置信息面上实现城市真正的数字化。CORS建成能使更多的部门和更多的人使用GPS 高精度服务，它必将在城市经济建设中发挥重要作用。由此带给城市巨大的社会效益和经济效益是不可估量的,它将为城市进一步提供良好的建设和投资环境。河南城建学院毕业设计（论文）3 RTK在山区测量中的应用3 RTK在山区测量中的应用3.1 RTK在山区测量的过程在实际的测绘过程中，RTK的使用流程大概可以分为以下几个环节： 先布设测区的控制网，由待测点的若干个已知点着手，沿着测绘路线设置GPS控制网。如果山区的地势相对平缓，则控制点的最佳间距通常为两到三公里；如果山区地势的起伏较大，因为GPS卫星信号可能会受到干扰，所以控制点的间距要结合实际的需要最好不要超出两公里。 确定出各个控制点的位置，控制网布设完成后，在静态观测条件下获取各个控制点的大地高及点位坐标。 控制RTK 质量，在选择基准点时要尽量选择点位环境比较理想的位置，以便可以就近与其它控制点联测，从而控制RTK质量。 进行坐标系的转换，将静态观测获取的大地高及点位坐标信息输入至GPS 控制器中的随机数据处理软件，求出该坐标系中某个地方坐标系的转换参数以及高程拟合参数。 测定待测区域中的实际点位，事先要把待测区域的设计坐标输入到RTK手簿的坐标库内，上步已经完成了坐标系的转换及高程拟合，因此直接进行实地放样即可，并在实际的点位作出标记。 中线放样，RTK技术具备多种放样功能。进入RTK手簿点位放样界面后，将需要放样点的点号输入即可，RTK手簿就会将放样点的信息及时的显示出来，而且自动解算出导航数据，放样点的位置就会在导航图的中央位置显示出来。再利用RTK测出RTK天线位于地方坐标系中的位置，并将当前的RTK天线位置和放样点实际的位置偏移量显示出来，导航图中还可以显示出RTK天线需要移动的方向及距离。如果RTK天线的位置和放点样实际位置重合，则放样点的位置就已成功获取；然后再将该点的实地坐标及高程采集下来存储于坐标文件中。 把坐标数据文件中所采集到的文件做进一步的整理后输出，对比设计坐标与实际采集的点位坐标，以防止出现点位放样错误的人为误差等问题。3.2 RTK放样3.2.1 点放样首先在测量程序中找到点放样，然后输入要放样点的坐标。在点元素管理器中找出放样点，手簿上会有提示，当离放样点很近时，会发出滴滴滴的声音，我们就可以根据上面提示的偏差进行移动来放样未知点。3.2.2 直线放样在直线放样中，开始与点放样相同，在输入放样点坐标后，不同的是我们要选取直线段，例如从1点起始到2点终结。在直线放样中我们的主要用途因为放样点不再合适位置或需要放龙门桩或其它。我们可以把点放样在离起始点多少米开外，方便我们的施工。3.3 山区测量中可能遇到的问题尽管RTK有着诸多的优势，但是它也存在着一定的问题，具体表现在以下三个方面： 受到卫星信号的限制因为在山区测绘工程中，其地理环境多为高山峡谷或者密集的森林，这些地区对卫星信号有一定的遮挡影响；而且在白天中午的时间段，受到电离层的干扰比较大，共用的卫星数量比较少，因此作业时间方面会受到一定的限制。此时可以选择其它的时间段进行测量，而在该时间段则可以利用其它的光学仪器进行辅助测量。 数据链传输的限制RTK在进行数据传输时所采用信号为中短波信号，一些诸如山体或者高频信号等障碍物会对其产生干扰，导致数据在传输时出现严重的衰减问题，对于作业半径及测量精度均会产生影响。此时可以尽量将基准点设置在线路所经过的隘口或者盘山公路所在的半山腰或者测区中央的至高点，以避开可以对其传输信号进行干扰的障碍物。尽管这种作法仍使信号受到部分遮挡，但是信号可以通过电磁波的衍射顺利的向移动站传输，从而提高了工作效率。 稳定性问题在稳定性方面RTK 与全站仪相比较差。要解决这一问题可以在布设控制点时尽可能的布置多些，以对RTK 的测量成果进行质量监控。在实际测量过程中，如果遇到有遮蔽物的地段，可利用RTK 在通视的小区域天空无遮挡物的地域测设全站仪的转点，这样将RTK 高精度的优势及全站仪高稳定性的优势结合起来，一方面在选点布点时利用RTK 来确定，另一方面则通过全站仪进行补点。根据以上的介绍，我们知道，在山区测量中基准站与流动站之间的数据传输量是个大问题，一般我们采用的传输方式是无线电台，但目前电台发射功率有限，加之天线高度有限，遮挡物较多，电台的作用距离难以覆盖整个区域。我们可以采取以下方法： 把RTK的基准站布设在RTK有效测区中央的最高控制点上，旁边不能有大面积水面及电磁波干扰源； 提高基准站与流动站天线的架设高度； 使用高增益天线及高灵敏度接收机。尽管如此，在地形复杂的地方我们仍然限制极大。河南城建学院毕业设计（论文）4 山区测量的实例分析4 山区测量的实例分析4.1 坐标系统的转换所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置, 采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。在测量中， 常用的坐标系有以下几种：空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心Z轴指向参考椭球的北极X轴指向起始子午面与赤道的交点Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90 夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影表示。空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标(空间直角坐标或空间大地坐标)通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。 GPS测量所得的是WGS-84等协议地球坐标系下的三维坐标信息，而我国所使用的是平面和高程测绘基准分离的体系。这之间必然涉及坐标系统的平面坐标与高程坐标转换问题。平面坐标一般采用四参数或七参数等求解等方法得到。但是转换参数一般均是机密的。目前，我国CORS系统中三维坐标的转换分三类： 完全不公开转换参数，用户必须自行寻找一些已知点进行联测，进而求解平面转换参数或进行高程拟合。这种方法极不方便，且转换精度与联测精度密切相关尤其是高程拟合精度难以保障； 转换参数不提供给用户，而由CORS主管单位自己掌握，用户所测得的成果需事后提交给主管单位进行结算，失去了时效性； 转换参数提供给用户，平面转换参数或水准模型等均直接置于流动站手簿中。在没有参数的情况下，我们获取参数的方法有下列： 同时有地方坐标和WGS-84坐标，利用3维转换和平面加高程转换来得出转换参数； 高等级控制点没有WGS-84坐标，这是我们要根据实地情况做GPS加密的控制测量，将静态数据进行整体网统一平差，给出精度较高的WGS-84坐标和地方坐标再求解参数； RTK方式直接测取WGS-84坐标进行转换。只有地方坐标，可以在一个开阔的位置架设GPS基站，以基站为起算位置的坐标，由GPS接收机观测确定，是一个精度有限的大地坐标，但这不影响RTK观测的相对位置关系。确定各控制点之间的相对精确的位置关系，并实时测定WGS-84大地坐标。4.1.1 七参数转换法转换参数一般是利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进行计算。当重合数为三个以上时，可以采用7参数法进行转换。设和分别为地面网点和GPS网点的参心和地心坐标向量。由布萨尔模型可知： （4-1）式中，是平移参数矩阵，是尺度变化参数。 为旋转参数矩阵， 通常将称为坐标间的转换参数为了简化计算，当为微小量时，忽略其间的互乘项，且，则上述模型变为： （4-2）令,上式可简写为： （4-3） 通过上述模型，利用重合点的两套坐标值，采取平差的方法可以求得转换参数。求得转换参数后，再利用上述模型进行各点的坐标转换（包括重合点和非重合点的坐标转换）。对于重合点来说，转换后的坐标值与已知值有一差值。其差值的大小反映转换后坐标的精度。其精度与被转换的坐标精度有关，也和转换参数的精度有关。4.1.2 四参数转换法实际应用中对于局部GPS网还可应用基线向量求解转换参数的方法，这种方法是先求出各重合点相对地面网原点的基线向量，然后利用基线向量求定转换参数。具体做法如下：对地面网原点，由（4-1）式有：（4-4）（4-1）式减去（4-4）式得： （4-5）可以假定i=1为原点。（4-5）式实际上是以1点为原点，其余点与原点的坐标差基线向量为已知值的转换式。利用此式可列出误差方程式，求转换参数（只有三个旋转角）。将GPS- 84 坐标转换成当地的坐标的方法有两种：一是先将WGS- 84的大地坐标转换为1954年北京大地坐标或1980年国家大地坐标，而后通过投影变换(如高斯投影变换)转换成平面直角坐标，最后再进行坐标强制转换(仅对局部任意坐标系)或通过四参数法求出平移、旋转、和尺度参数来实现相应的坐标转换；另一种方式是先将GPS接收的经纬度坐标以WGS- 84 的参考椭球为基准进行高斯投影，然后再通过四参数法，将高斯投影后的平面坐标强制同意到国家54坐标系、国家80坐标系或局部任意坐标系中。前一种方法要在两个参考椭球之间进行两次大地坐标和空间直角坐标之间的转换计算过程较复杂，计算机耗时相对要长一些，但其计算精度要高于后一种方法。后一种方法是将经纬度坐标直接投影在WGS- 84的参考椭球上。因而简化了公式，提高了计算效率和可操作性。这方法适用于定位精度要求不是很高而实时性要求较高的情况。北京54经纬度WGS-84经纬度施工坐标x，y，h投影面转化高程拟合北京54平面坐标 施工坐标x，y，h参数转换图4.1 坐标转换流程图4.2 实例分析4.2.1 RTK观测要求为保证测量成果的质量，根据有关技术规范，对基准站和流动站的外业观测要求如表4.1。表4.1 RTK测量外业观测要求观测站卫星高度角/度有效观测总数观测时间/min采样间隔/s天线量高天线对中精度/mm基准站135连续5测前2m0.5流动站15535测后2m2基准站天线高度测前量3次，读数至1mm，互差不大于2mm，测后再量高1次进行校核。4.2.2 测区概况本测区位于潼南县涪江北岸, 测区总面积为5 km，属丘陵地貌。测区内部存在部分村庄，并且村庄周围分布众多的小面积竹林，地物地貌变化较大，地形较为复杂,通视条件差。测区已有控制点7个(四等GPS)，均匀分布在测区周围，测区北部保留部分2004年数字测图时布设的一级导线点。为了满足本次测图要求，必须对测区布设大量的图根控制点，受测区地形复杂、通视条件差等客观环境的制约，很难采用常规测量方法进行图根点布控，因此本次测量采用RTK测量进行作业，并对部分测量成果精度进行了常规测量方法的检验。本次采用南方测绘RTK一套，该仪器实时动态标称平面精度2cm1ppm，高程3cm2ppm；作用距离：优于8km；RTK初始化时间：典型15。全站仪一台（精度指标：测距2mm2ppm：室外一测回水平方向中误差为2）。4.2.3 作业过程首先，收集测区的控制点资料，包括坐标系及控制点是属常规控制网还是GPS网。外业踏勘，视其控制点是否适合作为基准点。根据现场踏勘，以及RTK的精度问题，RTK的精度与基线长短有关。因此在RTK施测过程中，把整个测区根据7个四等GPS( D001D007)点分布情况分为5个测区。分区时主要在由甲方提供的1B10 000地形图上进行，主要思想是高等级控制点均匀分布在该小区域之内，在综合考虑到测区地形、交通状况以及RTK作用距离等因素的影响进行实施，其中D001，D002，D003为一区；D003，D004，D006为二区；D003，D006，D007为三区；D004，D005，D006为四区；D005，D006，D007为五区；如图4.2所示。其次，求定测区转换参数。我们前面已经介绍了参数的转换方法。在本测区内，我们确定使用四参数法。使用四参数方法进行RTK的测量坐标转换可在小范围( 2030km)内使测量点的平面坐标及高程的精度与已知的控制网之间配合很好，只要采集两点或两点以上的地方坐标点就可以了。本次RTK测量作业采用基准站架设在四等GPS点D006上，使用D003，D004和D006进行四参数转换，D003进行校正，D001，D002和D005进行检核。在校正检核过程中，均使用简易三角架经过精确的对中整平，每次观测保持5min，其检核成果见表4.2。D003D006D001D007D005D004D002图4.2 控制点略图表4.2 控制点检核表点名四等GPS坐标点RTK测得坐标点坐标值之差/cmXYZXYZXYZD0012053.4593283.926315.1592053.4383283.952315.1392.1-2.62.0D0022863.1873251.958318.6412863.1913251.971318.664-0.4-1.3-2.3D0032846.2743799.102325.3462846.2553799.127325.3081.9-2.51.8D0043492.5354225.302316.7223492.5014225.332316.7603.4-3.0-3.8D0054340.4295145.328328.8824340.4665145.331328.866-3.73.13.6D0063223.7254637.713317.5783223.7614637.684317.554-3.62.92.4由表4.2可以看出，检测结果与已知成果进行比较，X最大误差为3.7cm，Y最大误差为3.1cm，高程(Z)最大误差为3.8cm，最小误差为4mm，均小于5cm的精度要求，说明点校正是成功的，观测结果是可靠的。根据四等GPS点的分布进行分析可以看出：距求四参数所利用控制点(D001，D002，D003)较近的点位D006的误差较小，而D004，D005远距离处的控制点误差相对较大，这与RTK测量精度和基线距离的远近相关的特性符合。为了检核RTK在丘陵地区图根控制的精度，在测量过程中，我们对测区部分图根点进行了导线观测(同时施测等外三角高程)，并使用南方平差易商用软件对观测结果严密平差。现就导线观测作简单介绍。本次布设图根导线以四等三角高程为起算点，自D002开始闭于D005，导线经过四等GPS点D003，D004，D006，共经过图根点12个，见图4.3。图根导线及五等三角高程同时用全站仪进行测量。垂直角往返两测回，距离单程测一测回，仪器高量取两次读取中数，每站测取气温、气压。气温取值到0.5e，气压取值到100Hpa。其主要技术指标见表4.3和表4.4。表4.3 图根导线测量的技术指标仪器类型测回数附和导线长度/km平均边长测距相对中误差/mm测角中误差导线全长中误差方位角闭合差全站仪150075 |x|2共1个、2 |x